專利名稱：氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及微型燃燒器，尤其涉及一種氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整
微型燃燒器。
背景技術(shù)：
近年發(fā)展的以微型燃燒器作為前置能量轉(zhuǎn)化單元的微型機電裝置，如微發(fā)動機、 微渦輪機和微熱電系統(tǒng)等，體積在lci^左右，功率范圍為10 100W，其共同特征是利用氫 氣或碳?xì)錃怏w作為燃料，在微型燃燒器中燃燒放熱，然后通過運動單元或熱電轉(zhuǎn)換材料輸 出能量。 這種以氫、碳?xì)渥鳛槿剂系奈⑿蜋C電裝置具有能量密度高、壽命長、體積小、重量 輕、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等顯著優(yōu)勢。 一般碳?xì)淙剂系哪芰棵芏燃s為45MJkg—、而現(xiàn)在最好的 化學(xué)電池(鋰電池)的能量密度也僅為0.5MJ/kg—、若微型機電裝置用于輸出電能，即使 其熱電轉(zhuǎn)化的效率只有10%，它仍具有比傳統(tǒng)化學(xué)電池高1個數(shù)量級的能量密度。 微型機電裝置中的微動力裝置可以為微型汽車、微型飛行器、微型泵等微型機械 提供動力，也可用于調(diào)控微型衛(wèi)星姿態(tài)及導(dǎo)彈軌道控制；微發(fā)電系統(tǒng)則可以成為電池的替 代器，為便攜式筆記本電腦、移動儀器和設(shè)備等提供更為持久的電能。由于微型機電裝置顯 著的優(yōu)勢與其在工業(yè)、國防等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，因此具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，受到各國?究機構(gòu)的重視。 微型燃燒器作為能量的前置轉(zhuǎn)換單元，是微型機電裝置(微動力裝置及微發(fā)電系 統(tǒng))的核心部件。燃燒器燃燒的穩(wěn)定性及其燃燒效率直接影響到微型機電裝置的性能，并 且較大程度的決定了微型機電裝置的尺寸和應(yīng)用，因此高效、可靠的微燃燒技術(shù)及裝置是 發(fā)展微型機電裝置迫切需要解決的問題。 由于裝置的微型化，近年來發(fā)展的微型燃燒器普遍面臨以下幾個方面的問題微 結(jié)構(gòu)尺寸中燃料停留時間過短、微燃燒不穩(wěn)定、起燃困難、燃料與氧化劑在反應(yīng)器中極短的 停留時間導(dǎo)致燃燒效率低下、高比表面積引起熱量嚴(yán)重?fù)p失等。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本實用新型的目的是解決現(xiàn)有微型燃燒裝置燃料停 留時間過短、熱量損失嚴(yán)重、燃燒不穩(wěn)定等困難，提供一種氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化 重整微型燃燒器。 本實用新型提供的氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型燃燒器，包括燃燒器 本體，所述燃燒器本體從上至下依次設(shè)置進(jìn)氣孔、預(yù)混腔、環(huán)形結(jié)構(gòu)的燃燒腔和排氣孔；所 述進(jìn)氣孔包括濕空氣進(jìn)氣孔和圍繞濕空氣進(jìn)氣孔均布的多個燃料進(jìn)氣孔，圍繞所述燃燒腔 均布設(shè)置預(yù)熱通道；所述濕空氣進(jìn)氣孔和燃料進(jìn)氣孔分別與預(yù)混腔連通，預(yù)混腔通過預(yù)熱 通道與燃燒腔連通，燃燒腔與排氣孔連通；所述燃燒器本體上還設(shè)有與燃燒腔連通的點火 孔。[0009] 進(jìn)一步，所述燃燒器本體包括頂蓋板、預(yù)混腔板、預(yù)熱燃燒板和底蓋板；所述濕空
氣進(jìn)氣孔和燃料進(jìn)氣孔設(shè)置在頂蓋板上；所述預(yù)混腔設(shè)置在預(yù)混腔板上；所述燃燒腔和預(yù)
熱通道設(shè)置在預(yù)熱燃燒板上；所述排氣孔和點火孔設(shè)置在底蓋板上； 進(jìn)一步，在所述燃燒器本體上設(shè)有與預(yù)熱通道連通的富氧進(jìn)氣孔； 進(jìn)一步，所述底蓋板上圍繞排氣孔設(shè)置環(huán)形筋板，所述環(huán)形筋板伸進(jìn)燃燒腔，且環(huán)
形筋板遠(yuǎn)離預(yù)熱通道； 進(jìn)一步，所述預(yù)混腔的內(nèi)壁上涂敷附-^八1203催化劑層； 進(jìn)一步，所述燃燒腔的內(nèi)壁上涂敷Pt催化劑層。 本實用新型的有益效果本實用新型的氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型 燃燒器與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點 1、預(yù)混腔內(nèi)置，省去了外置式燃料和濕空氣的預(yù)混裝置，有利于減小微型燃燒器 的整體尺寸； 2、微型燃燒器中設(shè)置環(huán)繞燃燒腔的預(yù)熱通道既能夠增強氣體的混合效果，又可以
回收燃燒腔內(nèi)燃料燃燒散失的部分熱量，利于保證燃燒的穩(wěn)定和提高微型燃燒器的整體效 率； 3、圍繞燃燒腔設(shè)置環(huán)形預(yù)熱通道，一方面可延長燃料和空氣的預(yù)混時間，使其充 分均勻混合；另一方面預(yù)熱通環(huán)繞著燃燒腔，可以回收燃燒腔的部分散熱，提高混合氣體的 溫度，從而增強燃燒腔內(nèi)氣體碳?xì)淙剂虾涂諝獾目善鹑夹裕?4、采用環(huán)形肋板和均布的排氣孔相結(jié)合，環(huán)形肋板和十二個小孔均勻布置的排 氣方式與其它的排氣方式相比，可以延長燃料和空氣在燃燒腔內(nèi)的停留時間，保證充分燃 燒； 5、通過富氧進(jìn)氣孔向重整區(qū)反應(yīng)后的混合氣體內(nèi)二次加氧，使氣體碳?xì)淙剂铣浞?燃燒，以提高燃燒溫度和燃燒效率。 6、預(yù)混腔的內(nèi)壁上涂敷附-^八1203催化劑層，氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝庠陬A(yù)混腔內(nèi) 催化重整產(chǎn)氫，部分碳?xì)淙剂虾蜐窨諝庠谕糠笥蠳i催化劑的預(yù)混腔內(nèi)發(fā)生自熱重整反應(yīng) (碳?xì)淙剂虾脱鯕獾难趸磻?yīng)與碳?xì)淙剂虾退魵獾闹卣磻?yīng)構(gòu)成的耦合反應(yīng))生成少量 氫氣，可以減小混合氣體著火溫度，有效協(xié)助碳?xì)淙剂虾涂諝庠谌紵粌?nèi)的起燃與穩(wěn)定燃 燒，提高燃燒效率。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。


圖1為本實用新型的剖面視圖； 圖2為頂蓋板的主視圖； 圖3為圖2中沿A-A方向的剖面視圖； 圖4為預(yù)混腔板的主視圖； 圖5為圖4中沿B-B方向的剖面視圖； 圖6為預(yù)熱燃燒板的主視圖； 圖7為圖6中沿C-C方向的剖面視圖； 圖8為底蓋板的主視圖；[0030] 圖9為圖8中沿D-D方向的剖面視圖。 附圖中的附圖標(biāo)記所代表的結(jié)構(gòu)如下 1-頂蓋板 2-預(yù)混腔板 3-預(yù)熱燃燒板 4-底蓋板 5-濕空氣進(jìn)氣孔6-燃 料進(jìn)氣孔7-預(yù)混腔8-燃燒腔9-排氣孔10-點火孔ll-預(yù)熱通道12-環(huán)形筋板 13-旋流槽14-環(huán)形腔15-預(yù)混氣出氣孔16-螺紋孔17-富氧進(jìn)氣孔
具體實施方式
圖1為本實用新型的剖面視圖，如圖所示氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整 微型燃燒器包括燃燒器本體，燃燒器本體從上至下依次包括頂蓋板1、預(yù)混腔板2、預(yù)熱燃 燒板3和底蓋板4。在頂蓋板1的中心部位設(shè)置濕空氣進(jìn)氣孔5，圍繞濕空氣進(jìn)氣孔5均布 設(shè)置多個燃料進(jìn)氣孔6，本實施例中的燃料進(jìn)氣孔6為六個(如圖2和如圖3所示)。在預(yù) 混腔板2上設(shè)置由旋流槽13和環(huán)形腔14組成的預(yù)混腔7，本實施例中的旋流槽13為六個， 六個旋流槽13的中心部位與濕空氣進(jìn)氣孔5對應(yīng)并連通，六個旋流槽13的氣體入口與六 個燃料進(jìn)氣孔6相對應(yīng)并連通，在預(yù)混腔板2上并位于環(huán)形腔14的底部圓周上均布十二個 預(yù)混氣出氣孔15 (如圖4和如圖5所示)。在預(yù)熱燃燒板3的下部設(shè)置環(huán)形結(jié)構(gòu)的燃燒腔 8，圍繞燃燒腔8均布設(shè)置預(yù)熱通道ll，本實施例中的預(yù)熱通道11為四個(如圖6和如圖7 所示)，四個預(yù)熱通道11的頂部與十二個預(yù)混氣出氣孔15對應(yīng)并連通，底部與燃燒腔8連 通。在底蓋板4上均布設(shè)置多個與燃燒腔8的底部連通的排氣孔9，本實施例中的排氣孔9 為十二個(如圖8和如圖9所示)，在底蓋板4上靠排氣孔9的外側(cè)還設(shè)有一個與燃燒腔8 連通的點火孔10。把螺栓依次穿過頂蓋板1、預(yù)混腔板2、預(yù)熱燃燒板3和底蓋板4上的螺 紋孔16并與螺母旋緊，可將頂蓋板1、預(yù)混腔板2、預(yù)熱燃燒板3和底蓋板4連接成為一體。 在預(yù)熱燃燒板3的上部橫向設(shè)有與預(yù)熱通道11連通的富氧進(jìn)氣孔17，通過富氧進(jìn) 氣孔17向燃燒腔內(nèi)通入氧氣，使氣體碳?xì)淙剂铣浞秩紵?，提高燃燒效率?在底蓋板4上圍繞排氣孔9設(shè)置環(huán)形筋板12，環(huán)形筋板12伸進(jìn)燃燒腔8，且環(huán)形 筋板12遠(yuǎn)離預(yù)熱通道11。采用環(huán)形肋板和均布的排氣孔相結(jié)合，環(huán)形肋板和十二個排氣 孔均勻布置的排氣方式與其它的排氣方式相比，可以延長燃料和空氣在燃燒腔內(nèi)的停留時 間，保證充分燃燒。 預(yù)混腔7的內(nèi)壁上涂敷Ni-^八1203催化劑層。氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝庠陬A(yù)混腔內(nèi) 催化重整產(chǎn)氫，部分碳?xì)淙剂虾蜐窨諝庠谕糠笥蠳i- Y A1203催化劑的預(yù)混腔內(nèi)發(fā)生自熱重 整反應(yīng)(碳?xì)淙剂吓c氧氣的氧化反應(yīng)和碳?xì)淙剂吓c水蒸氣的重整反應(yīng)構(gòu)成的耦合反應(yīng))生 成少量氫氣，這部分氫氣可以有效協(xié)助碳?xì)淙剂虾涂諝庠谌紵粌?nèi)的起燃與穩(wěn)定燃燒，提 高燃燒效率。 燃燒腔8的內(nèi)壁上涂敷Pt催化劑層。促進(jìn)燃燒腔8內(nèi)的混合氣體(主要成分為 甲烷、空氣、少量的水蒸氣及氫氣、微量的其它氣體組分)完全燃燒。 使用時，向濕空氣進(jìn)氣孔5內(nèi)通入濕空氣，向燃料進(jìn)氣孔6內(nèi)通入碳?xì)淙剂希谛?流槽內(nèi)兩股氣體垂直交叉相遇，并形成旋轉(zhuǎn)流動，提高濕空氣和碳?xì)淙剂匣旌?，隨后進(jìn)入環(huán) 形腔14進(jìn)一步混合，與此同時，在預(yù)混腔7內(nèi)的氣體在Ni- Y A1203催化劑的作用下發(fā)生自 熱重整反應(yīng)生成少量氫氣。在富氧進(jìn)氣孔17通入富氧氣體，預(yù)混腔7內(nèi)的混合氣體和少量 氫氣通過預(yù)混氣出氣孔15進(jìn)入預(yù)熱通道11內(nèi)與富氧氣體混合，再通過預(yù)熱通道11進(jìn)入燃燒腔8內(nèi)。采用點火裝置在點火孔10處點火，燃燒腔8內(nèi)的少量氫氣首先燃燒，隨后在Pt 催化劑層的作用下促進(jìn)混合氣體完全燃燒，預(yù)熱通道11吸收預(yù)混腔7內(nèi)燃燒產(chǎn)生的部分熱 量，提高了濕空氣和碳?xì)淙剂系幕旌蠝囟?，有利于提高燃燒?內(nèi)混合氣體的燃燒效率和 燃燒穩(wěn)定性。最后，燃燒后的氣體從十二個排氣孔9排出。 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本 實用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范 圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型燃燒器，其特征在于包括燃燒器本體，所述燃燒器本體從上至下依次設(shè)置進(jìn)氣孔、預(yù)混腔(7)、環(huán)形結(jié)構(gòu)的燃燒腔(8)和排氣孔(9)；所述進(jìn)氣孔包括濕空氣進(jìn)氣孔(5)和圍繞濕空氣進(jìn)氣孔(5)均布的多個燃料進(jìn)氣孔(6)，圍繞所述燃燒腔(8)設(shè)置環(huán)形預(yù)熱通道(11)；所述濕空氣進(jìn)氣孔(5)和燃料進(jìn)氣孔(6)分別與預(yù)混腔(7)連通，預(yù)混腔(7)通過預(yù)熱通道(11)與燃燒腔(8)連通，燃燒腔(8)與排氣孔(9)連通；所述燃燒器的底部還設(shè)有與燃燒腔(8)連通的點火孔(10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型燃燒器，其特征在 于所述燃燒器本體包括頂蓋板(1)、預(yù)混腔板(2)、預(yù)熱燃燒板(3)和底蓋板(4);所述濕 空氣進(jìn)氣孔(5)和燃料進(jìn)氣孔(6)設(shè)置在頂蓋板(1)上；所述預(yù)混腔(7)設(shè)置在預(yù)混腔板(2)上；所述燃燒腔(8)和預(yù)熱通道(11)設(shè)置在預(yù)熱燃燒板(3)上；所述排氣孔(9)和點火孔(10)設(shè)置在底蓋板(4)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型燃燒器，其特征在于在所述燃燒器本體上設(shè)有與預(yù)熱通道(11)連通的富氧進(jìn)氣孔(17)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型燃燒器，其特征在 于所述底蓋板(4)上圍繞排氣孔(9)設(shè)置環(huán)形筋板(12)，所述環(huán)形筋板(12)伸進(jìn)燃燒腔 (8)，且環(huán)形筋板(12)遠(yuǎn)離預(yù)熱通道(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項權(quán)利要求所述的氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整 微型燃燒器，其特征在于所述預(yù)混腔(7)的內(nèi)壁上涂敷附-^八1203催化劑層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項權(quán)利要求所述的氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整 微型燃燒器，其特征在于所述燃燒腔(8)的內(nèi)壁上涂敷Pt催化劑層。
專利摘要本實用新型公開一種氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝忸A(yù)混催化重整微型燃燒器，燃燒器本體從上至下依次設(shè)置進(jìn)氣孔、預(yù)混腔、燃燒腔和排氣孔；進(jìn)氣孔包括濕空氣進(jìn)氣孔和圍繞濕空氣進(jìn)氣孔均布的多個燃料進(jìn)氣孔，圍繞燃燒腔均布設(shè)置預(yù)熱通道；濕空氣進(jìn)氣孔和燃料進(jìn)氣孔分別與預(yù)混腔連通，預(yù)混腔通過預(yù)熱通道與燃燒腔連通，燃燒腔與排氣孔連通；燃燒器底部設(shè)有點火孔。本實用新型的預(yù)混腔內(nèi)置利于減小微型燃燒器的整體尺寸；預(yù)熱通道可以回收燃燒腔的部分散熱，提高混合氣體的溫度，同時延長預(yù)混時間，使其充分均勻混合；預(yù)混腔的內(nèi)壁上的Ni-γAl2O3催化劑層使氣體碳?xì)淙剂虾蜐窨諝獯呋卣a(chǎn)氫，協(xié)助混合氣體在燃燒腔內(nèi)起燃和穩(wěn)定燃燒，提高燃燒效率。
文檔編號F23D14/66GK201531879SQ20092020734
公開日2010年7月21日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者冉景煜, 唐強, 張力, 秦昌雷, 蒲舸, 閆云飛 申請人:重慶大學(xué)